Designing and Simulating of Step-Up DC-DC Converter for Fuel Cell Electric Vehicles

Subject Areas : Electronic Engineering

Maher Abdulnabi Alwan ¹ , Ghazanfar Shahgholian ^{2 *}

1 - Department of Electrical Engineering, Isfahan (Khorasgan) Branch, Islamic Azad University, Khorasgan, Isfahan, Iran
2 - Department of Electrical Engineering, Najafabad Branch, Islamic Azad University, Najafabad, Iran

Received: 2023-09-23 Accepted : 2024-02-16 Published : 2024-09-20

Keywords: Clamp capacitor, Step-up converter, Zero current switching, Zero voltage switching,

Abstract :

Step-Up DC-DC Converters are widely used in electric vehicles, because the use of batteries and fuel cells increases the voltage level to drive the electric motor. One of the problems of step-up converters is the increase in volume and weight due to step-up transformers. So far, various methods, such as switched capacitor, coupled inductor and multiplier circuits, have been used to eliminate the transformer and reduce the volume and weight of the circuit. To further reduce the volume and weight of the circuit, it is necessary to increase the switching frequency, which is possible only by using the soft switching method. Using an auxiliary switch to create soft switching conditions is common in most methods, because not using an auxiliary switch imposes voltage and current stress on the circuit. In this article, a step-up converter with an auxiliary circuit of zero voltage transition (ZVT) is presented, which provides switching conditions at zero voltage to turn on the switch and switching at zero voltage to turn off the switch. The voltage stress of the converter is very low, and all the diodes are switched off at zero current, so they do not have reverse recovery problems. Also, in addition to absorbing the energy of the leakage inductor, the clamp capacitor helps to increase the gain of the converter. The provided converter is simulated in P-Spice software. To check the performance of the converter, a laboratory model with a power of 150 watts has been designed and tested.

References:

[1] A. Golsorkhi, B. Fani, M. Delshad, H. Saghafi, "A three‐stage multi‐agent‐based peer‐to‐peer method for fault isolation of high distributed generation penetrated distribution networks", IET Renewable Power Generation, vol. 17, no. 5, pp. 1255-1266, April 2023, doi: 10.1049/rpg2.12680.
[2] G. Shahgholian, S.M.A. Zanjani, "A study of voltage sag in distribution system and evaluation of the effect of wind farm equipped with doubly-fed induction generator", Revue Roumaine des Sciences Techniques, vol. 68, no. 3, pp. 271-276, Dec. 2023, doi: 10.59277/RRST-EE.2023.3.4.
[3] H. Moradmand-Jazi, E. Adib, B. Fani, "Investigation and improvement of high step- up converters for pv module applications", Journal of Intelligent Procedures in Electrical Technology, vol. 7, no. 28, pp. 35-44, March 2017, dor: 20.1001.1.23223871.1395.7.28.4.9.
[4] R. Ghobadi, G Shahgholian, "Providing improved structure and adaptive control strategy for solar system with the ability to improve power quality in islanded microgrid", Technovations of Electrical Engineering in Green Energy System, vol. 2, no. 4, pp. 19-37, March 2024, doi: 10.30486/teeg¬es.202¬3.198¬6388.1073.
[5] H.B. Farahabadi, M.R. Firozjaee, A. Pahnabi, A.M. Mir, R. Youneszadeh, "Fuel cell power system conceptual design for unmanned underwater vehicle", Hydrogen, Fuel Cell and Energy Storage, vol. 10, no. 1, pp. 33-50, April 2023, doi: 10.22104/ijhfc.2022.5884.1248.
[6] J.C. Rosas-Caro, J.E. Valdez-Resendiz, J.C. Mayo-Maldonado, V.M. Sanchez, A.R. Lopez-Nuñez, R. Barbosa, L.J. Valdivia, "Fuel-cell energy generation system based on the series-capacitor boost converter", International Journal of Hydrogen Energy, vol. 46, no. 51, pp. 26126-26137, July 2021, doi: 10.1016/j.ijhydene.2021.04.086.
[7] M. Tavoosi, B. Fani, E. Adib, "Stability analysis and control of dfig based wind turbine using FBC strategy", Journal of Intelligent Procedures in Electrical Technology, vol. 4, no. 15, pp. 31-42, Dec. 2013, dor: 20.1001.1.23223871.1392.4.15.4.2.
[8] M. Fooladgar, E. Rok-Rok, B. Fani, G. Shahgholian, "Evaluation of the trajectory sensitivity analysis of the DFIG control parameters in response to changes in wind speed and the line impedance connection to the grid DFIG", Journal of Intelligent Procedures in Electrical Technology, vol. 5, no. 20, pp. 37-54, March 2015, dor: 20.1001.1.23223871.1393.5.20.4.9.
[9] M. Zamani, G.H. Riahy, N. Abdolghani, M.H. Zamani, "Utilization of thermal energy storage for reducing battery bank size of hybrid (wind-PV) systems", Proceeding of the IEEE/ICCEP, pp. 709-714, Ischia, Italy, June 2011, doi: 10.1109/ICCEP.2011.6036358.
[10] K. Khani, G. Shahgholian, B. Fani, M. Moazzami, M. Mahdavian, M. Janghorbani, "A comparsion of different structures in wind energy conversion systems", Proceeding of the IEEE/ECTICON, Phuket, Thailand, pp. 58-61, June 2017, doi: 10.1109/ECTICon.2017.8096172.
[11] M. Mirtalaee, R. Amani-Nafchi, "Boost high step-up dc/dc converter with coupled inductors and diode-capacitor Technique", Journal of Intelligent Procedures in Electrical Technology, vol. 10, no. 39, pp. 3-12, Dec. 2019, dor: 20.1001.1.23223871.1398.10.39.1.9.
[12] S. Shabani, M. Delshad, R. Sadeghi, "A soft switched non-isolated high step-up dc-dc converter with low number of auxiliary elements", Journal of Intelligent Procedures in Electrical Technology, vol. 13, no. 51, pp. 123-136, Dec, 2022, dor: 20.1001.1.23223871.1401.13.51.8.1.
[13] D. Taheri, G. Shahgholian, M.M. Mirtalaei, “Analysis, design and implementation of a high step-up multi-port non-isolated converter with coupled inductor and soft switching for photovoltaic applications”, IET Generation, Transmission and Distribution, vol. 16, no. 17, pp. 3473-3497, Sept. 2022, doi: 10.1049/gtd2.12537.
[14] A. Hussein Sachit, B. Fani, M. Delshad, G. Shahgholian, A. Golsorkhi Esfahani, "Analysis and implementation of second-order step-up converter using winding cross coupled inductors for photovoltaic applications", Journal of Solar Energy Research, vol. 8, no. 2, pp. 1516-1525, April 2023, doi: 10.22059/jser.2023.357285.1291.
[15] O. Sharifiyana, M. Dehghani, G. Shahgholian, S. Mirtalaee, M. Jabbari, "Overview of dc-dc non-insulated boost converters (Structure and improvement of main parameters)", Journal of Intellig¬ent Procedures in Electrical Technology, vol. 12, no. 48, pp. 1-29, March 2022, dor: 20.10¬01.1.¬2322-3871.1400.12.48.6.6.
[16] A. Kianpour, G. Shahgholian, "A floating-output interleaved boost DC–DC converter with high step-up gain", Automatika, vol. 58, no. 1, pp. 18-26, April 2017, doi: 10.1080/00051144.2-017.1305605.
[17] D. Taheri, G. Shahgholian, M.M. Mirtalaei, "The charging circuit of the energy storage system of the multi-input converter with high gain (Design, simulation and laboratory investigation)", Technovations of Electrical Engineering in Green Energy System, vol. 2, no. 2, pp. 26-35, Sept. 2023, doi: 10.30486/teeges.2023.1976354.1056.
[18] O. Sharifiyana, M. Dehghani, G. Shahgholian, S.M.M. Mirtalaee, "Presenting a new high gain boost converter with inductive coupling energy recovery snubber for renewable energy systems- simulation, design and construction", Journal of Solar Energy Research, vol. 8, no. 2, pp. 1417-1436, April 2023, doi: 10.22059/jser.2023.356571.1283.
[19] O. Sharifiyana, M. Dehghani, G. Shahgholian, S.M.M. Mirtalaei, M. Jabbari, "Non-isolated boost converter with new active snubber structure and energy recovery capability", Journal of Circuits, Systems and Computers, vol. 32, no. 5, Article Number: 2350084, March 2023, doi: 10.1142/S021812¬662¬3500846.
[20] G. Haghshenas, S.M.M. Mirtalaei, H. Mordmand, "High step-up boost-flyback converter with soft switching for photovoltaic applications", Journal of Circuits, Systems, and Computers, vol. 28, no. 1, pp. 1-16, Jan. 2019, doi: 10.1142/S0218126619500142.
[21] E. Adib, H. Farzanehfard, "Family of zero-current transition PWM converters", IEEE Trans. on Industrial Electronics, vol. 55, no. 8, pp. 3055-3063, Aug. 2008, doi: 10.1109/TIE.2008.922597.
[22] Z. Nejati, F. Sheikholeslam, H. Mahmoodian, "Fuzzy control of polymer fuel cell for attract maximum power", Journal of Intelligent Procedures in Electrical Technology, vol. 4, no. 16, pp. 63-70, Feb. 2014, dor: 20.1001.1.23223871.1392.4.16.7.7.
[23] A.B. Stambouli, E Traversa, "Fuel cells, an alternative to standard sources of energy", Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 6, no. 3, pp. 295-304, Sept. 2002, doi: 10.1016/S1364-0321(-01)0¬0¬0¬15-6.
[24] H. Wang, A. Gaillard, D. Hissel, "A review of dc/dc converter-based electrochemical impedance spectroscopy for fuel cell electric vehicles", Renewable Energy, vol, 141, pp. 124-138, Oct. 2019, doi: 10.1016/j.renene.2019.03.130.
[25] R. Venkatasatish, C. Dhanamjayulu, "Reinforcement learning based energy management systems and hydrogen refueling stations for fuel cell electric vehicles: An overview", International Journal of Hydrogen Energy, vol. 47, no. 64, pp. 27646-27670, July 2022, doi: 10.1016/j.ijhyden¬e.20¬22.0-6.088.
[26] T. Jarin, S. Akkara, S.S.S. Mole, A. Manivannan, A.I. Selvakumar, "Fuel vehicle improvement using high voltage gain in DC-DC boost converter", Renewable Energy Focus, vol. 43, pp. 228-238, Dec. 2022, doi: 10.1016/j.ref.2022.09.008.
[27] N. Elsayad, H. Moradisizkoohi, O. Mohammed, "A new sepic-based step-up DC-DC converter with wide conversion ratio for fuel cell vehicles: Analysis and design", IEEE Trans. on Industrial Electronics, vol. 68, no. 8, pp. 6390-6400, Aug. 2021, doi: 10.1109/TIE.2020.3007110.
[28] A. Rajabi, F.M. Shahir, R. Sedaghati, "New unidirectional step-up DC-DC converter for fuel-cell vehicle: Design and implementation", Electric Power Systems Research, vol. 212, Article Number: 108653, Nov. 2022, doi: 10.1016/j.epsr.2022.108653.
[29] H. Bagherian-Farahabadi, M. Kojoury-Naftchali, A. Pahnabi, "High step-up converter with low voltage stress for fuel cell applications", Hydrogen, Fuel Cell and Energy Storage, vol. 9, no. 2m pp. 117-132, Oct. 2022, doi: 10.22104/ijhfc.2022.5869.1247.
[30] S. Chen, S. Zuo, Z. Wu, C. Liu, "Comprehensive vibro-acoustic characteristics and mathematical modeling of electric high-speed centrifugal compressor surge for fuel cell vehicles at various compressor speeds", Mechanical Systems and Signal Processing, vol. 178, Article Number: 109311, Oct. 2022, doi: 10.1016/j.ymssp.2022.109311.
[31] A. Rajabi, F.M. Shahir, R. Sedaghati, "Output voltage improvement of fuel cell electric vehicles based on a novel high step-up dc-dc converter", AEU- International Journal of Electronics and Communications, vol. 162, Article Number: 154574, April 2023, doi: 10.1016/j.aeue.2023.154574.
[32] S. Naresh, S. Peddapati, M.L. Alghaythi, "A novel high quadratic gain boost converter for fuel cell electric vehicle applications", IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Industrial Electronics, vol. 4, no. 2, pp. 637-647, April 2023, doi: 10.1109/JESTIE.2023.3248449.
[33] M. Kapetanović, A. Núñez, N. Oort, R.M.P. Goverde, "Energy model of a fuel cell hybrid-electric regional train in passenger transport service and vehicle-to-grid applications", Journal of Rail Transport Planning and Management, vol. 28, Article Number: 100415, Dec. 2023, doi: 10.1016/j.jrtpm.2023.100415.
[34] S, Farhani, A, N'Diaye, A, Djerdir, F, Bacha, "Design and practical study of three phase interleaved boost converter for fuel cell electric vehicle", Journal of Power Sources, vol. 479, Article Number: 228815, Dec. 2020, doi: 10.1016/j.jpowsour.2020.228815.
[35] M. Dhimish, N. Schofield, "Single-switch boost-buck DC-DC converter for industrial fuel cell and photovoltaics applications", International Journal of Hydrogen Energy, vol. 47, no. 2, pp. 1241-1255, Jan. 2022, doi: 10.1016/j.ijhydene.2021.10.097.
[36] V.F. Pires, A. Cordeiro, D. Foito, J.F. Silva, "High step-up DC–DC converter for fuel cell vehicles based on merged quadratic boost–ćuk", IEEE Trans. on Vehicular Technology, vol. 68, no. 8, pp. 7521-7530, Aug. 2019, doi: 10.1109/TVT.2019.2921851.
[37] R.R. Ahrabi, H. Ardi, M. Elmi, A. Ajami, "A novel step-up multiinput DC–DC converter for hybrid electric vehicles application", IEEE Trans. on Power Electronics, vol. 32, no. 5, pp. 3549-3561, May 2017, doi: 10.1109/TPEL.2016.2585044.
[38] R. Saadi, M.Y. Hammoudi, O. Kraa, M.Y. Ayad, M. Bahri, "A robust control of a 4-leg floating interleaved boost converter for fuel cell electric vehicle application", Mathematics and Computers in Simulation, vol. 167, pp. 32-47, Jan. 2020, doi: 10.1016/j.matcom.2019.09.014.
[39] E.M. Barhoumi, S. Farhani, F. Bacha, "High efficiency power electronic converter for fuel cell system application", Ain Shams Engineering Journal, vol. 12, no. 3, pp. 2655-2664, Sept. 2021, doi: 10.1016/j.asej.2021.01.010.

Full-Text:



ماهر عبدالنبی الوان، غضنفر شاهقلیان

 

 

Technovations of Electrical Engineering in Green Energy System

Research Article                                                                         (2024) 3(2):34-47

 

Designing and Simulating of Step-Up DC-DC Converter for Fuel Cell Electric Vehicles

Maher Abdulnabi Alwan1, M.Sc, Ghazanfar Shahgholian2,3, Professor

 

1Department of Electrical Engineering, Isfahan (Khorasgan) Branch, Islamic Azad University, Khorasgan, Isfahan, Iran

2Department of Computer Engineering, Najafabad Branch, Islamic Azad University, Najafabad, Iran

3Smart Microgrid Research Center, Najafabad Branch, Islamic Azad University, Najafabad, Iran

 

Abstract:

Boost converters are widely used in electric cars, because the use of batteries and fuel cells increases the voltage level to drive the electric motor. One of the problems of step-up converters is the increase in volume and weight due to step-up transformers. So far, various methods such as switched capacitor, coupled inductor and multiplier circuits have been used to eliminate the transformer and reduce the size and weight of the circuit. To further reduce the volume and weight of the circuit, it is necessary to increase the switching frequency, which is possible only by using the soft switching method. Using an auxiliary switch to create soft switching conditions is common in most methods, because not using an auxiliary switch imposes voltage and current stress on the circuit. In this article, a step-up converter with an auxiliary circuit, zero voltage transition (ZVT), is presented, which provides switching conditions at zero voltage to turn on the switch, and switching at zero voltage to turn off the switch. The voltage stress of the converter is very low, and all the diodes are switched off at zero current, so they do not have reverse recovery problems. Also, besides absorbing the energy of the leakage inductor, the clamp capacitor helps to increase the gain of the converter. The provided converter is simulated in P-Spice software. The simulation results using a laboratory prototype confirm the effectiveness and feasibility of the studied converter and its suitability for fuel cell electric vehicles.

Keywords: Clamp capacitor, Step-up converter, Zero current switching, Zero voltage switching

 

 

 

 

 

 

 

 

Received: 23 September 2023

Revised: 10 February 2024

Accepted: 16 February 2024

Corresponding Author: Dr. Ghazanfar Shahgholian, [e-mail]

DOI: http://dx.doi.org/10.30486/TEEGES.2024.904768         

 

 

فناوری‏های نوین مهندسی برق در سیستم انرژی سبز

         ..مقاله پژوهشی...       

طراحی و شبیه­سازی مبدل بسیار افزاینده dc/dc برای خودروهای الکتریکی پیل سوختی

ماهر عبدالنبی الوان1، کارشناسی­ارشد، غضنفر شاهقلیان2،3، استاد

1- دانشکده مهندسي برق، واحد اصفهان (خوراسگان)، دانشگاه آزاد اسلامی، خوراسگان، اصفهان، ايران

2- دانشکده مهندسي برق، واحد نجف­آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف­آباد، ایران

3- مرکز تحقیقات ریزشبکه­های هوشمند، واحد نجف­آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف­آباد، ایران

 

چكيده: مبدل­های بسیار افزاینده در خودروهای برقی کاربرد وسیعی دارند زیرا استفاده از باطری و پیل سوختی باعث می­شود که برای درایو موتور الکتریکی سطح ولتاژ افزایش یابد. از مشکلات مبدل­های افزاینده، افزایش حجم و وزن به علت ترانسفورماتورهای افزاینده است. تاکنون روش­های متنوع مانند خازن سوییچ شونده، سلف تزویج شده و مدارهای ضرب­کننده برای حذف ترانسفورماتور و کاهش حجم و وزن مدار استفاده شده است. برای کاهش بیشتر حجم و وزن مدار لازم است تا فرکانس کلیدزنی افزایش یابد که تنها با استفاده از روش کلیدزنی نرم امکان­پذیر است. استفاده از سوییچ کمکی برای ایجاد شرایط کلیدزنی نرم در اکثر روش­ها مرسوم است زیرا عدم استفاده از سوییچ کمکی استرس ولتاژ و جریان به مدار تحمیل می­کند. در این مقاله یک مبدل بسیار افزاینده با مدار کمکی گذار ولتاژ صفر (ZVT) ارائه شده که شرایط کلیدزنی در ولتاژ صفر برای روشن شدن سوییچ و کلیدزنی در ولتاژ صفر برای خاموش شدن سوییچ فراهم می­کند. استرس ولتاژ مبدل بسیار پایین است و تمام دیودها به­صورت کلیدزنی در جریان صفر خاموش می­شوند و لذا مشکل بازیابی معکوس ندارند. همچنین خازن کلمپ علاوه بر جذب انرژی سلف نشتی به افزایش بهره مبدل کمک می­کند. مبدل ارائه شده در نرم افزار پی-اسپایس شبیه­سازی شده است. نتایج شبیه­سازی با استفاده از یک نمونه اولیه آزمایشگاهی، اثربخشی و امکان‌سنجی مبدل مورد مطالعه و مناسب بودن آن برای وسایل نقلیه الکتریکی پیل سوختی را تأیید می‌کند.

 

واژه­هاي كليدي: خازن کلمپ، کلیدزنی در جریان صفر، کلیدزنی در ولتاژ صفر، مبدل بسیار افزاینده

 

 

 

 

 

 

تاریخ ارسال مقاله: 01/0۷/140۲

تاریخ بازنگری مقاله: ۲۱/۱۱/140۲

تاریخ پذیرش مقاله: ۲۷/۱۱/140۲

نویسنده­ی مسئول: دکتر غضنفر شاهقلیان، [e-mail]

DOI: http://dx.doi.org/10.30486/TEEGES.2024.904768        

 

 

1- مقدمه

انرژی برق نقش مهم و محوری در توسعه پایدار مراکز صنعتی و اقتصادی و حفاظت از محیط زیست دارد و استفاده از روش­های جدید در حوزه صنعت برق به دلیل سریع بودن گسترش تکنولوژی، لازم و ضروری است [1،2]. کاهش منابع سوخت‌های فسیلی¹ و اهمیت حفاظت زیست‌محیطی² ناشی باعث افزایش کاربرد انرژی‌های تجدیدپذیر³ مانند سلول‌های خورشیدی⁴ [3،4]، پیل‌های سوختی⁵ [5،6] و انرژی بادی [7،8] شده است [9،10]. بنابراین نیاز به مبدل‌های dc-dc بسیار افزاینده⁶ بیشتر از قبل احساس می‌شود [11،12]. مبدل تقویت­کننده (مبدل بسیار افزاینده) ولتاژ را از ورودی (تغذیه) به خروجی (بار) افزایش می­دهد در حالی که جریان را پایین می­آورد [13،14]. مبدل بوست⁷ دارای ساختار ساده است که برای افزایش سطح ولتاژ استفاده می­شود [15،16]. برای تولید بهره ولتاژ بالا در این مبدل باید ضریب وظیفه⁸ بزرگ و نزدیک به یک انتخاب شود [17]. در مبدل بوست استرس ولتاژ⁹ کلید و دیود خروجی برابر با ولتاژ خروجی است که در ولتاژهای بالا باعث افزایش تلفات هدایتی¹⁰ و کلیدزنی و نیز تشدید مشکل بازیابی معکوس دیود خروجی می­گردد [18،19]. بنابراین مبدل بوست در شکل پایه­ای برای استفاده در کاربردهای بسار افزاینده مناسب نیست [20،21].

پيل­هاي سوختي مستقيماً انرژي شيميايي را به انرژي الكتريكي تبديل مي­كنند [22،23]. پيل­هاي سوختي به دليل راندمان بالا، حداقل نشر آلاينده­هاي زيست­محيطي، توليد همزمان حرارت و الكتريسيته، استفاده در كاربردهاي توليد غيرمتمركز انرژي و همچنين آرام و بي سر و صدا بودن در موارد مختلفي مانند حمل و نقل و نيرو گاه­ها به كار می­روند [24،25]. در وسایل نقلیه سلول سوختی ولتاژ خروجی معمولآ کمتر نسبت به ولتاژهای مورد نیاز باس dc است و با افزایش جریان خروجی، ولتاژ خروجی به سرعت کاهش پیدا می­کند [26]. بنابراین اکثر خودروهای الکتریکی¹¹ پیل سوختی به مبدل­های dc-dc با افزایش ولتاژ به صورت گسترده نیاز دارند تا ولتاژ تقریباً کم پشت پیل سوختی را با باس لینک dc یا دستگاه­های ذخیره انرژی افزایش دهند.

تاکنون تحقیقات مختلفی در زمینه کاربرد مبدل­ها برای خودروهای الکتریکی پیل سوختی ارائه شده است [27-34].

یک مبدل dc-dc باک بوست تک-سوئیچ یک-طرفه برای کنترل پیوسته جریان توان در [35] ارائه شده که مبدل پیشنهادی از تعداد محدودی از اجزای غیرفعال و شش خازن استفاده می‌­شود. همچنین این مبدل در یک محدوده ولتاژ ورودی گسترده با جریان ورودی مداوم می­تواند کار کند. 

دو مبدل dc-dc غیر ایزوله برای خودرهای الکتریکی پیل سوختی در [36] پیشنهاد شده که ویژگی‌های اصلی مبدل­های بوست درجه دوم و کاک را ترکیب می‌کنند. در این مبدل ولتاژ بالا و کنترل ساده با استفاده از تنها یک کلید برق فعال ارجاع شده به زمین انجام می­شود. 

یک مبدل dc-dc چند ورودی برای خودروهای الکتریکی هیبریدی در [37] بررسی شده که در مقایسه با مبدل­های معمولی، بهره خروجی افزایش یافته است. پیل سوختی، پنل فتوولتائیک و سیستم ذخیره انرژی، منابع ورودی مبدل پیشنهادی هستند و از پیل سوختی به عنوان منبع تغذیه اصلی و فتوولتائیک به عنوان سقفی برای شارژ باتری، افزایش راندمان و کاهش مصرف سوخت استفاده می­شود.

اعتبار سنجی زمان واقعی از یک استراتژی کنترل قوی برای یک مبدل تقویت‌کننده شناور چهار فاز  dc/dc غیر ایزوله با نسبت افزایش بالا در [38] ارائه شده که برای کاربردهای خودروهای الکتریکی سلول سوختی مناسب است. کنترل‌کننده بر اساس یک کنترل حلقه دوگانه با رویکرد بی‌نهایت حساسیت مختلط S/KS طراحی شده که از یک حلقه ولتاژ خارجی و یک حلقه جریان داخلی برای دستیابی به یک تنظیم سریع در برابر اختلال و تغییر بار با عملکرد دینامیکی بالا تشکیل شده است.

کارایی دو مبدل الکترونیک قدرت متصل به آبشار شامل یک تقویت کننده میان لایه و یک تقویت کننده باک با هدف تولید حداکثر توان از پیل سوختی و تنظیم ولتاژ بار تحت شرایط کاری مختلف و تغییرات بار در [39] بررسی شده است. مبدل اول برای حداقل کردن امواج ولتاژ پیل سوختی و تعیین چرخه کار بهینه برای تولید حداکثر توان و مبدل دوم برای برآوردن الزامات بار از نظر تنظیم ولتاژ استفاده می­شوند. هر دو مبدل در محیط سیمولینک متلب شبیه­سازی شده­اند و کارایی طراحی بررسی شده است.

در این مقاله یک مبدل dc-dc بسیار افزاینده گذار ولتاژ صفر¹² با سلف تزویج شده ارائه شده است. مدار کمکی دارای حداقل تعداد المان بوده و شرایط کلیدزنی نرم برای کلیدها فراهم است که باعث افزایش راندمان مبدل می­شود. همچنین جهش­های ولتاژ ناشی از سلف­های تزویج شده نیز توسط خازن کلمپ¹³ جذب می­گردد که خازن کلمپ به افزایش بهره نیز کمک می­کند. از مزایای مبدل ارائه شده می­توان به ماژولار بودن مدار کمکی نیز اشاره نمود که می­توان بدون اضافه­کردن المان شاخه­های موازی را افزایش داد. همچنین استفاده از تکنیک سلف­های تزویج شده و خازن­های سوئیچ شونده بهره مبدل را افزایش داده و استرس ولتاژ روی سوییچ اصلی را کاهش می­دهد.

2- مبدل مورد مطالعه

مبدل بسیار افزاینده مورد مطالعه مطابق شکل (1) دارای دو قسمت اصلی است. قسمت اول مدار افزایش بهره شامل سلف­های تزویج L1 و L2، خازن سری C، دیودهای D1 و D2 و خازن CC است. قسمت دوم مدار کمکی گذار ولتاژ صفر شامل سلف Lr و سوئیچ کمکی Ma و دیود کمکی¹⁴ Da و خازن اسنابر CM است. بقیه المان­ها شامل سوئیچ اصلی M، دیود خروجی Do، خازن خروجی Co هستند. سلف­های تزویج نیز با سلف مغناطیس­کنندگی¹⁵ Lm و سلف نشتی سری LK مدل شده‌اند. شکل موج­های اصلی مبدل مورد مطالعه در شکل (2) نشان داده شده است.

 

 

شکل (1): مبدل بسیار افزاینده مورد مطالعه

 

 

شکل (2): موج­های اصلی مبدل بسیار افزاینده مورد مطالعه

 

1-2- عملکرد مبدل

مبدل بسیار افزاینده مورد مطالعه دارای شش وضعیت عملکرد مطابق شکل (3) در یک سیکل کلیدزنی است. مدار کمکی توسط سوئیچ کمکی قبل از روشن شدن سوئیچ اصلی M وارد مبدل شده و خازن اسنابر را تخلیه و شرایط کلیدزنی ولتاژ صفر را برای سوئیچ M فراهم می­نماید.

 

وضعیت اول	وضعیت دوم	وضعیت سوم
وضعیت چهارم	وضعیت پنجم	وضعیت ششم

شکل (3): شش وضعیت عملکرد مبدل مورد مطالعه

 

در هنگام خاموش شدن نیز به علت وجود خازن اسنابر، ولتاژ سوئیچ با شیب افزایش می­یابد. برای سادگی تحلیل جریان سلف LM ثابت در نظر گرفته شده است. همچنین ولتاژ خازن­های Co، CC و C به علت اندازه بزرگ در یک سیکل ثابت هستند. المان­ها نیز ایده‌آل فرض شده­اند. قبل از وضعیت اول سوئیچ اصلی و کمکی خاموش هستند و دیود Do روشن است و انرژی از ورودی به خروجی از طریق دیود خروجی Do منتقل می‌شود. مدار کمکی نیز خاموش است.

وضعیت اول: این وضعیت با روشن شدن سوئیچ کمکی Ma آغاز می‌شود و سلف Lr شروع به رزونانس با خازن CM می­نماید. در نتیجه جریان سوئیچ Ma و دیود Da به­صورت رزونانس افزایش یافته و تحت شرایط جریان صفر روشن می­شوند.

وضعیت دوم: این وضعیت با تخلیه کامل CM و روشن شدن دیود بدنه سوئیچ اصلی آغاز می­گردد. از این لحظه به بعد سوئیچ M می­تواند ولتاژ صفر هدایت نماید. از طرفی ولتاژ ثابت Vin دو سر Lr قرار گرفته و جریان سلف Lr شروع به کاهش به­صورت خطی می­نماید.

وضعیت سوم: در این وضعیت جریان از دیود بدنه سوئیچ اصلی M به خود سوئیچ اصلی منتقل می­شود و جریان سوئیچ کمکی به کاهش خود ادامه داده تا در انتهای این وضعیت به صورت جریان صفر خاموش شود.

وضعیت چهارم: در این وضعیت دیود خروجی Do به صورت جریان صفر خاموش و دیود D2 هدایت می‌کند و انرژی خازن CC به خازن C منتقل می­شود. جریان بار در این حالت توسط خازن خروجی تامین می‌شود و سلف مغناطیس­کنندگی Lm خطی شارژ می­شود.

وضعیت پنجم: این وضعیت با خاموش شدن M آغاز می­شود و جریان Lm شروع به شارژ خازن اسنابر Cm به­صورت خطی می­نماید. بنابراین سوئیچ M، به­صورت ولتاژ صفر خاموش می­شود. از طرفی انرژی سلف LK نیز با روشن شدن دیود D1 در خازن CC تخلیه می­گردد.

وضعیت ششم: در این وضعیت دیودهای Do و D1 هدایت کرده و انرژی از سلف Lm به خروجی منتقل می‌شود. همچنین خازن C نیز در خروجی تخلیه می­شود. به این ترتیب به افزایش ولتاژ مبدل کمک می‌کند. این وضعیت با روشن شدن سوئیچ کمکی پایان می­پذیرد.

 

2-2- آنالیز مبدل

با توجه به استفاده از سلف تزویج و خازن سری برای افزایش بهره با نوشتن رابطه بالانس ولت- ثانیه بهره به دست می­آید.

که در آن D ضریب وظیفه و T زمان پریود مبدل است. همچنین VCC ولتاژ خازن CC و Vin ولتاژ ورودی هستند. ولتاژ خازن CC برابر است با:

(1)

اگر ولتاژ سلف L1 برابر VL1 در نظر گرفته ­شود، رابطه زیر با نوشتن KVL تعیین می­گردد:

(2)

بهره ولتاژ M برابر است با:

(3)

الف- محاسبه استرس ولتاژ المان­ها: برای محاسبه استرس ولتاژ المان­های فعال مدار لازم است یک KVL در حلقه آن المان وقتی که خاموش است نوشته شود.

(4)

ولتاژ دیود خروجی (VDo) برابر است با:

(5)

ولتاژ دیودهای D1 و D2 از قسمت مدار افزایش بهره از رابطه­های (7) و (8) تعیین می­شوند.

(6)

 

شکل (4) بهره مبدل بر حسب تغییرات ضریب وظیفه و نسبت دور را نشان می­دهد و شکل (5) نیز استرس ولتاژ المان­های نیمه هادی مبدل بر حسب ولتاژ خروجی را با تغییرات نسبت دور نشان می­دهد. همانطور که مشاهده می­گردد با افزایش n استرس ولتاژ سوئیچ مبدل و دیود D1 کاهش می­یابد ولی استرس ولتاژ دیودهای Do و D2 افزایش می­یابد که باید یک حد وسط در طراحی انتخاب گردد.

 

 

شکل (4): بهره ولتاژ مبدل بسیار افزاینده پیشنهادی

 

 

شکل (5): استرس ولتاژ سویییچها و دیودهای مبدل بسیار افزاینده پیشنهادی

ب- طراحی خازن خروجی و کلمپ: خازن حروجی (Co) و خازن کلمپ (CC) از روی رابطه پایه خازن مطابق رابطه­های (9)، (10) و (11) محاسبه می­شوند.

(7)
(8)

 

ج- طراحی سلف Lr: برای طراحی سلف کمکی بایستی انرژی آن قادر به تخلیه خازن اسنابر باشد. در مدار اسنابر غیراتلافی، توانی مصرف نمی­شود و معمولاً طراحی این نوع مدار پیچیده و پرهزینه است. اسنابر بدون تلفات معمولاً زمانی که هدف بازده بسیار بالا است و کارآیی آنها در سلف و خازن است،‌ ترجیح داده می‌شود. در این اسنابرها از سلف و خازن استفاده می‌شود. خازن به عنوان یک ذخیره‌کننده شارژ‌ عمل می­کند و مقاومت مسیر تخلیه را فراهم می­نماید.

3- نتایج شبیه­سازی

در این قسمت برای بررسی تحلیل مبدل ارائه شده، یک مبدل برای ولتاژ خروجی 390 ولت، ولتاژ ورودی 40 ولت و در توان 150 وات با استفاده از نرم­افزار پی-اسپایس شبیه­سازی شده است. شماتیک مبدل بسیار افزاینده مورد مطالعه در نرم‌افزار پی-اسپایس در شکل (6) نشان داده شده است. 

مقدار سلف­های L1 و L2 برابر 200 میکروهانری، سلف La برابر 5 میکروهانری، خازن­های CS، CC، Co و C به ترتیب برابر 20 نانوفاراد، 10 میکروفاراد، 47 میکروفاراد و 22 میکروفاراد است. نسبت N و ضریب K به ترتیب برابر 1 و 99/0 است. همه سوئیچ­ها از نوع IRF740 و همه دیودها از نوع MUR860 انتخاب شده­اند. توان خروجی 150 وات و فرکانس کیدزنی 100 کیلوهرتز است.

جريان سوييچ اصلی M در لحظه روشن شدن سوييچ­ها منفي است و لذا ديود بدنه هدايت كرده و شرايط كليدزني در ولتاژ صفر براي سوييچ­ها برقرار است و بنابراین تلفات روشن شدن خازنی وجود ندارد. اما ولتاژ سوييچ­ها هم در هنگام خاموش شدن به علت وجود خازن اسنابر با شيب بالا می­روند كه مبين خاموش شدن سوييچ­های اصلی تحت شرايط کلیدزنی در ولتاژ صفر است.

در شکل (7) موج جریان و ولتاژ سوییچ کمکی Ma نشان داده شده است. همان­طور که مشاهده می­شود جریان با شیب بالا رفته و شرایط جریان صفر برای روشن شدن سوییچ کمکی فراهم است.

در شکل (8) موج جریان دیودهای D1 و D2 نشان داده شده و شرایط جریان صفر برای این دیودها اثبات می­گردد زیرا جریان با شیب کاهش یافته تا به صفر رسیده است. شکل موج جریان دیود خروجی Do و شکل موج دیود کمکی Da نیز در شکل­های (9) و (10) آورده شده که با توجه به شیب جریان در هنگام روشن شدن و خاموش شدن دیودها شرایط جریان صفر برای آنها مسجل است و تلفات محسوسی به مبدل تحمیل نمی­کنند.

با توجه به ولتاژ پایین پیل سوختی، نیاز به مبدل­هاي بسیار افزاینده جهت افزایش ولتاژ به ولتاژ مناسب اينورترها است. روش­های افزایش ولتاژ مانند روش سوئیچ خازنی، روش سلف کوپل شده، مدارهای ضرب کننده­هاي خازنی دیودي يا تركيب آنها بسیار متداول شده­اند. با به کارگیري این روش­ها، مشکل ضریب وظیفه بالا در مبدل­هاي بوست معمولی براي تبدیل بسیار افزاینده حل می­شود. به عنوان مثال، می­توان از سلف کوپل شده براي دستیابی به یک نسبت تبدیل بالا استفاده کرد، اما سلف نشتی منجر به افزایش استرس ولتاژ سوئیچ می­شود. مدارهاي چند برابر کننده ولتاژ مانند ضرب کننده­هاي خازنی دیودي به دلیل کم هزینه بودن، بدون ترانسفورمر بودن، نسبت تبدیل ولتاژ بالا، استرس ولتاژ پایین، براي کاربردهاي انرژي تجدیدپذیر کم توان مناسب هستند. مبدل­هاي ایزوله براي افزایش ضریب تبدیل ولتاژ از ترانسفورمر استفاده می­کنند. با این حال، وزن، حجم، تلفات و ریپل جریان ورودي به دلیل وجود ترانسفورمر افزایش می­یابد؛ بنابراین در سیستم­هاي فتوولتائیک در صورت عدم نیاز به ایزوله بودن، مبدل­هاي غیر ایزوله مناسب تر هستند. كليدزني نرم نيز با توجه به قابليت افزايش فركانس كليدزني، كاهش حجم و وزن مدار و كاهش تلفات در مبدل­هاي بسیار افزاینده استفاده شده است. مدارهای ZVT و  ZCTبه علت وجود سوییچ کمکی و پیچیده شدن مدار کنترل هم هزینه و هم پیچیدگی مدار افزایش می­یابد. بنابراین استفاده از مدارهای اسنابر بدون تلفات راه­کار بسیار مناسب برای حذف سوییچ کمکی و کاهش هزینه­ها است.

 

 

شکل (6): شماتیک مبدل بسیار افزاینده مودر مطالعه در نرم­افزار اورکد

 

 

شکل (7): جریان (سبز) و ولتاژ (قرمز) سوئیچ کمکی Ma در مقیاس (2 µs/div, 2A/div, 80V/div)

 

 

شکل (8): جریان دیودهای کمکی D1 و  D2 در مقیاس (1 µs/div, 2 A/div)

 

 

شکل (9): جریان دیود خروجی Do در مقیاس (2 µs/div, 2 A/div)

 

شکل (10): جریان دیود کمکی Da در مقیاس (1 µs/div, 2 A/div)

 

4- نتایج آزمایشگاهی

یک نمونه آزمایشگاهی 150 واتی از مبدل بسیار افزاینده مورد مطالعه در این قسمت پیاده­سازی شده که در شکل (11) نشان داده شده است. شکل (12) موج­های ولتاژ و جریان سوییچ­های اصلی،  شکل (13) موج­های ولتاژ و جریان سوییچ­های کمکی و شکل (14) جریان دیودهای مدار را نشان می­دهند که تایید کننده نتایج شبیه­سازی هستند.

 

 

شکل (11): نمونه آزمایشگاهی مبدل مورد مطالعه

 

 

شکل (12): موج ولتاژ و جریان سوییچ اصلی M

 

شکل (13): موج ولتاژ و جریان سوییچ اصلی Ma

 

 

شکل (14): جریان دیود Do (بالا) و دیود D1 (پایین)

 

 

شکل (15): بازده مبدل بسیار افزاینده مورد مطالعه (منحنی بالا) نسبت به مبدل بسیار افزاینده سخت (منحنی پایین)

 

5- راندمان مبدل مورد مطالعه

شکل (15) راندمان مبدل مورد مطالعه را در مقایسه با نمونه کلیدزنی سخت آن (بدون مدار کمکی) نشان می­دهد. همان­طور که مشاهده می­گردد در بار کامل، مبدل مورد مطالعه دارای 5 درصد بهبود راندمان است. قابل ذکر است که در مبدل مورد مطالعه با کاهش توان، راندمان کاهش محسوس نداشته ولی در مبدل کلیدزنی سخت به علت وجود مقاومت در ساختار مدارکلمپ پسیو و تلفات کلیدزنی در سوئیچ­ها، راندمان افت بیشتری دارد.

6- نتیجه­گیری

مبدل‌های dc-dc یک عملکرد حیاتی در بهره‌برداری از منابع انرژی تجدیدپذیر و کاربردهای پیل سوختی دارند. برای افزایش ولتاژ اینورترها در پیل سوختی به علت پایین بودن ولتاژ، نیاز به مبدل­ بسیار افزاینده جهت افزایش ولتاژ است. با به­کارگیري روش­های متداول مانند سوئیچ­ خازنی و مدارهای ضرب­کننده خازنی دیودی، مشکل ضریب وظیفه بالا در مبدل­هاي افزاینده معمولی براي تبدیل بسیار افزاینده حل می­شود ولی هر روش دارای مشکلات مربوط به خود هستند. كليدزني نرم نيز با توجه به قابليت افزايش فركانس كليدزني، باعث كاهش حجم و وزن مدار و كاهش تلفات در مبدل­هاي بسیار افزاینده می­شود ولی به علت وجود سوییچ کمکی و پیچیده شدن مدار کنترل، هزینه و پیچیدگی مدار افزایش می­یابد. بنابراین استفاده از مدارهای اسنابر بدون تلفات راه­کار مناسب برای حذف سوییچ کمکی و کاهش هزینه­ها است. در این مقاله یک مبدل بسیار افزاینده با بهره ولتاژ بالا همراه با مدار کمکی ارائه شده است که انرژی مدار کمکی به ورودی بازگردانده می شود. كليدزني در ولتاژ صفر سوييچ اصلي و انتقال انرژی مدار کمکی به ورودی همراه با پايين بودن تعداد المان مدار كمكي از مزایای مبدل ارائه شده است. همچنین افزایش بهره توسط خازن کلمپ و عدم وجود مشكل بازيابي معكوس در ديودهاي مدار همراه با استرس ولتاژ پايين روي سوييچ اصلی از ویژگی­های دیگر مبدل است.

مراجع

[1]       A. Golsorkhi, B. Fani, M. Delshad, H. Saghafi, "A three‐stage multi‐agent‐based peer‐to‐peer method for fault isolation of high distributed generation penetrated distribution networks", IET Renewable Power Generation, vol. 17, no. 5, pp. 1255-1266, April 2023, doi: 10.1049/rpg2.12680.

[2]       G. Shahgholian, S.M.A. Zanjani, "A study of voltage sag in distribution system and evaluation of the effect of wind farm equipped with doubly-fed induction generator", Revue Roumaine des Sciences Techniques, vol. 68, no. 3, pp. 271-276, Dec. 2023, doi: 10.59277/RRST-EE.2023.3.4.

[3]       H. Moradmand-Jazi, E. Adib, B. Fani, "Investigation and improvement of high step- up converters for pv module applications", Journal of Intelligent Procedures in Electrical Technology, vol. 7, no. 28, pp. 35-44, March 2017, dor: 20.1001.1.23223871.1395.7.28.4.9.

[4]       R. Ghobadi, G Shahgholian, "Providing improved structure and adaptive control strategy for solar system with the ability to improve power quality in islanded microgrid", Technovations of Electrical Engineering in Green Energy System, vol. 2, no. 4, pp. 19-37, March 2024, doi: 10.30486/teeg­es.202­3.198­6388.1073.

[5]       H.B. Farahabadi, M.R. Firozjaee, A. Pahnabi, A.M. Mir, R. Youneszadeh, "Fuel cell power system conceptual design for unmanned underwater vehicle", Hydrogen, Fuel Cell and Energy Storage, vol. 10, no. 1, pp. 33-50, April 2023, doi: 10.22104/ijhfc.2022.5884.1248.

[6]       J.C. Rosas-Caro, J.E. Valdez-Resendiz, J.C. Mayo-Maldonado, V.M. Sanchez, A.R. Lopez-Nuñez, R. Barbosa, L.J. Valdivia, "Fuel-cell energy generation system based on the series-capacitor boost converter", International Journal of Hydrogen Energy, vol. 46, no. 51, pp. 26126-26137, July 2021, doi: 10.1016/j.ijhydene.2021.04.086.

[7]       M. Tavoosi, B. Fani, E. Adib, "Stability analysis and control of dfig based wind turbine using FBC strategy", Journal of Intelligent Procedures in Electrical Technology, vol. 4, no. 15, pp. 31-42, Dec. 2013, dor: 20.1001.1.23223871.1392.4.15.4.2.

[8]       M. Fooladgar, E. Rok-Rok, B. Fani, G. Shahgholian, "Evaluation of the trajectory sensitivity analysis of the DFIG control parameters in response to changes in wind speed and the line impedance connection to the grid DFIG", Journal of Intelligent Procedures in Electrical Technology, vol. 5, no. 20, pp. 37-54, March 2015, dor: 20.1001.1.23223871.1393.5.20.4.9.

[9]       M. Zamani, G.H. Riahy, N. Abdolghani, M.H. Zamani, "Utilization of thermal energy storage for reducing battery bank size of hybrid (wind-PV) systems", Proceeding of the IEEE/ICCEP, pp. 709-714, Ischia, Italy, June 2011, doi: 10.1109/ICCEP.2011.6036358.

[10]       K. Khani, G. Shahgholian, B. Fani, M. Moazzami, M. Mahdavian, M. Janghorbani, "A comparsion of different structures in wind energy conversion systems", Proceeding of the IEEE/ECTICON, Phuket, Thailand, pp. 58-61, June 2017, doi: 10.1109/ECTICon.2017.8096172.

[11]       M. Mirtalaee, R. Amani-Nafchi, "Boost high step-up dc/dc converter with coupled inductors and diode-capacitor Technique", Journal of Intelligent Procedures in Electrical Technology, vol. 10, no. 39, pp. 3-12, Dec. 2019, dor: 20.1001.1.23223871.1398.10.39.1.9.

[12]       S. Shabani, M. Delshad, R. Sadeghi, "A soft switched non-isolated high step-up dc-dc converter with low number of auxiliary elements", Journal of Intelligent Procedures in Electrical Technology, vol. 13, no. 51, pp. 123-136, Dec, 2022, dor: 20.1001.1.23223871.1401.13.51.8.1.

[13]       D. Taheri, G. Shahgholian, M.M. Mirtalaei, “Analysis, design and implementation of a high step-up multi-port non-isolated converter with coupled inductor and soft switching for photovoltaic applications”, IET Generation, Transmission and Distribution, vol. 16, no. 17, pp. 3473-3497, Sept. 2022, doi: 10.1049/gtd2.12537.

[14]       A. Hussein Sachit, B. Fani, M. Delshad, G. Shahgholian, A. Golsorkhi Esfahani, "Analysis and implementation of second-order step-up converter using winding cross coupled inductors for photovoltaic applications", Journal of Solar Energy Research, vol. 8, no. 2, pp. 1516-1525, April 2023, doi: 10.22059/jser.2023.357285.1291.

[15]       O. Sharifiyana, M. Dehghani, G. Shahgholian, S. Mirtalaee, M. Jabbari, "Overview of dc-dc non-insulated boost converters (Structure and improvement of main parameters)", Journal of Intellig­ent Procedures in Electrical Technology, vol. 12, no. 48, pp. 1-29, March 2022, dor: 20.10­01.1.­2322­3871.1400.12.48.6.6.

[16]       A. Kianpour, G. Shahgholian, "A floating-output interleaved boost DC–DC converter with high step-up gain", Automatika, vol. 58, no. 1, pp. 18-26, April 2017, doi: 10.1080/00051144.2­017.1305605.

[17]       D. Taheri, G. Shahgholian, M.M. Mirtalaei, "The charging circuit of the energy storage system of the multi-input converter with high gain (Design, simulation and laboratory investigation)", Technovations of Electrical Engineering in Green Energy System, vol. 2, no. 2, pp. 26-35, Sept. 2023, doi: 10.30486/teeges.2023.1976354.1056.

[18]       O. Sharifiyana, M. Dehghani, G. Shahgholian, S.M.M. Mirtalaee, "Presenting a new high gain boost converter with inductive coupling energy recovery snubber for renewable energy systems- simulation, design and construction", Journal of Solar Energy Research, vol. 8, no. 2, pp. 1417-1436, April 2023, doi: 10.22059/jser.2023.356571.1283.

[19]       O. Sharifiyana, M. Dehghani, G. Shahgholian, S.M.M. Mirtalaei, M. Jabbari, "Non-isolated boost converter with new active snubber structure and energy recovery capability", Journal of Circuits, Systems and Computers, vol. 32, no. 5, Article Number: 2350084, March 2023, doi: 10.1142/S021812­662­3500846.

[20]       G. Haghshenas, S.M.M. Mirtalaei, H. Mordmand, "High step-up boost-flyback converter with soft switching for photovoltaic applications", Journal of Circuits, Systems, and Computers, vol. 28, no. 1, pp. 1-16, Jan. 2019, doi: 10.1142/S0218126619500142.

[21]       E. Adib, H. Farzanehfard, "Family of zero-current transition PWM converters", IEEE Trans. on Industrial Electronics, vol. 55, no. 8, pp. 3055-3063, Aug. 2008, doi: 10.1109/TIE.2008.922597.

[22]       Z. Nejati, F. Sheikholeslam, H. Mahmoodian, "Fuzzy control of polymer fuel cell for attract maximum power", Journal of Intelligent Procedures in Electrical Technology, vol. 4, no. 16, pp. 63-70, Feb. 2014, dor: 20.1001.1.23223871.1392.4.16.7.7.

[23]       A.B. Stambouli, E Traversa, "Fuel cells, an alternative to standard sources of energy", Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 6, no. 3, pp. 295-304, Sept. 2002, doi: 10.1016/S1364-0321(­01)0­0­0­15-6.

[24]       H. Wang, A. Gaillard, D. Hissel, "A review of dc/dc converter-based electrochemical impedance spectroscopy for fuel cell electric vehicles", Renewable Energy, vol, 141, pp. 124-138, Oct. 2019, doi: 10.1016/j.renene.2019.03.130.

[25]       R. Venkatasatish, C. Dhanamjayulu, "Reinforcement learning based energy management systems and hydrogen refueling stations for fuel cell electric vehicles: An overview", International Journal of Hydrogen Energy, vol. 47, no. 64, pp. 27646-27670, July 2022, doi: 10.1016/j.ijhyden­e.20­22.0­6.088.

[26]       T. Jarin, S. Akkara, S.S.S. Mole, A. Manivannan, A.I. Selvakumar, "Fuel vehicle improvement using high voltage gain in DC-DC boost converter", Renewable Energy Focus, vol. 43, pp. 228-238, Dec. 2022, doi: 10.1016/j.ref.2022.09.008.

[27]       N. Elsayad, H. Moradisizkoohi, O. Mohammed, "A new sepic-based step-up DC-DC converter with wide conversion ratio for fuel cell vehicles: Analysis and design", IEEE Trans. on Industrial Electronics, vol. 68, no. 8, pp. 6390-6400, Aug. 2021, doi: 10.1109/TIE.2020.3007110.

[28]       A. Rajabi, F.M. Shahir, R. Sedaghati, "New unidirectional step-up DC-DC converter for fuel-cell vehicle: Design and implementation", Electric Power Systems Research, vol. 212, Article Number: 108653, Nov. 2022, doi: 10.1016/j.epsr.2022.108653.

[29]       H. Bagherian-Farahabadi, M. Kojoury-Naftchali, A. Pahnabi, "High step-up converter with low voltage stress for fuel cell applications", Hydrogen, Fuel Cell and Energy Storage, vol. 9, no. 2m pp. 117-132, Oct. 2022, doi: 10.22104/ijhfc.2022.5869.1247.

[30]       S. Chen, S. Zuo, Z. Wu, C. Liu, "Comprehensive vibro-acoustic characteristics and mathematical modeling of electric high-speed centrifugal compressor surge for fuel cell vehicles at various compressor speeds", Mechanical Systems and Signal Processing, vol. 178, Article Number: 109311, Oct. 2022, doi: 10.1016/j.ymssp.2022.109311.

[31]       A. Rajabi, F.M. Shahir, R. Sedaghati, "Output voltage improvement of fuel cell electric vehicles based on a novel high step-up dc-dc converter", AEU- International Journal of Electronics and Communications, vol. 162, Article Number: 154574, April 2023, doi: 10.1016/j.aeue.2023.154574.

[32]       S. Naresh, S. Peddapati, M.L. Alghaythi, "A novel high quadratic gain boost converter for fuel cell electric vehicle applications", IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Industrial Electronics, vol. 4, no. 2, pp. 637-647, April 2023, doi: 10.1109/JESTIE.2023.3248449.

[33]       M. Kapetanović, A. Núñez, N. Oort, R.M.P. Goverde, "Energy model of a fuel cell hybrid-electric regional train in passenger transport service and vehicle-to-grid applications", Journal of Rail Transport Planning and Management, vol. 28, Article Number: 100415, Dec. 2023, doi: 10.1016/j.jrtpm.2023.100415.

[34]       S, Farhani, A, N'Diaye, A, Djerdir, F, Bacha, "Design and practical study of three phase interleaved boost converter for fuel cell electric vehicle", Journal of Power Sources, vol. 479, Article Number: 228815, Dec. 2020, doi: 10.1016/j.jpowsour.2020.228815.

[35]       M. Dhimish, N. Schofield, "Single-switch boost-buck DC-DC converter for industrial fuel cell and photovoltaics applications", International Journal of Hydrogen Energy, vol. 47, no. 2, pp. 1241-1255, Jan. 2022, doi: 10.1016/j.ijhydene.2021.10.097.

[36]       V.F. Pires, A. Cordeiro, D. Foito, J.F. Silva, "High step-up DC–DC converter for fuel cell vehicles based on merged quadratic boost–ćuk", IEEE Trans. on Vehicular Technology, vol. 68, no. 8, pp. 7521-7530, Aug. 2019, doi: 10.1109/TVT.2019.2921851.

[37]       R.R. Ahrabi, H. Ardi, M. Elmi, A. Ajami, "A novel step-up multiinput DC–DC converter for hybrid electric vehicles application", IEEE Trans. on Power Electronics, vol. 32, no. 5, pp. 3549-3561, May 2017, doi: 10.1109/TPEL.2016.2585044.

[38]       R. Saadi, M.Y. Hammoudi, O. Kraa, M.Y. Ayad, M. Bahri, "A robust control of a 4-leg floating interleaved boost converter for fuel cell electric vehicle application", Mathematics and Computers in Simulation, vol. 167, pp. 32-47, Jan. 2020, doi: 10.1016/j.matcom.2019.09.014.

[39]       E.M. Barhoumi, S. Farhani, F. Bacha, "High efficiency power electronic converter for fuel cell system application", Ain Shams Engineering Journal, vol. 12, no. 3, pp. 2655-2664, Sept. 2021, doi: 10.1016/j.asej.2021.01.010.

 

زیرنویس‏ها

 فناوری‏های نوین مهندسی برق در سیستم انرژی سبز، سال سوم، شماره ۲، تابستان ۱۴۰۳                                      3

---

[1]  Fossil fuels

[2]  Environmental

[3]  Renewable energy

[4]  Solar cells

[5]  Fuel cells

[6]  Step-up dc-dc converter

[7]  Boost converter

[8]  Duty cycle

[9]  Voltage stress

[10]  Conduction losses

[11]  Electric vehicles

[12]  Zero voltage transition

[13]  Clamp capacitor

[14]  Auxiliary diode

[15]  Magnetizing inductor

(9)
(10)
(11)

---